Климатические факторы.
К климатическим факторам, учитываемым при проектировании, практически любой аппаратуры относятся температура и влажность воздуха. При эксплуатации аппаратуры значения температуры и влажности воздуха могут изменяться в широких пределах. При конструировании аппаратуры необходимо учитывать влияние внешних факторов.
Например, при эксплуатации аппаратуры в арктических и антарктических условиях температура воздуха может понижаться до минус (70 … 80) °С, а при подъеме на высоту более 10 км – до минус 56 °С.
Понижение температуры оказывает влияние на работу электромеханических устройств, так как значительные перепады ее (например, от + 20 до минус 60 °С) приводят к изменениям зазоров и натягов. Одновременно происходит сгущение смазочных веществ, что вызывает увеличение моментов и сил трения в подвижных устройствах. При повышенных температурах может происходить выделение в воздух различных составляющих смазок и осаждение их на стенках приборов, оптических покрытиях. При понижении температуры окружающего воздуха меняются и параметры радиоэлементов.
Аппаратура должна быть сконструирована так, чтобы при заданной отрицательной температуре ее параметры сохранялись в заранее установленных пределах. Такую аппаратуру называют холодоустойчивой.
При работе радиоаппаратуры в районах с тропическим климатом температура воздуха может повышаться до 45 °, а в отдельных случаях до 55 … 60 °С. В закрытых помещениях, находящихся под непосредственным воздействием солнца (в самолете, который стоит на земле), температура воздуха может достигать 70 °С.
Обшивка лобовой части крыла самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью, может нагреваться в результате трения о встречный поток воздуха до 150 … 200 °С, а расположенная за ней аппаратура будет работать при температуре порядка 100 °С и выше.
Повышение температуры окружающего воздуха вызывает увеличение сопротивления проводниковых материалов и ухудшение параметров изоляционных материалов (особенно органических). Происходящее при этом уменьшение сопротивления изоляции приводит к увеличению потерь, к появлению утечек в схемах, к уменьшению добротности контуров и к другим нежелательным явлениям. Одновременно происходит уменьшение электрической прочности диэлектриков, что может приводить к пробоям в схеме и полному отказу аппаратуры. При изменении температуры окружающей среды меняется диэлектрическая проницаемость диэлектриков. Если диэлектрик, у которого это изменение велико, применить в конденсаторе, образующем вместе с катушкой резонансный контур, то при изменении температуры будет меняться частота настройки контура. При этом изменится выходной уровень передатчика, где этот контур используется, что может привести к потере связи.
При длительной работе радиоизделий в условиях повышенной температуры могут появиться необратимые изменения параметров изоляционных материалов. При наличии в конструкции материалов с различными коэффициентами линейного расширения происходит изменение зазоров и натягов, что также может вызвать изменение параметров радиоаппаратуры.
Свойство аппаратуры сохранять стабильность параметров в определенных пределах при повышении температуры называют теплоустойчивостью.
Количество влаги, содержащейся в воздухе при различных климатических условиях, различно. В областях умеренного климата относительная влажность воздуха составляет 65 … 80 %; в пустынях она может уменьшаться до 5 … 10%, а в тропиках – достигать 100% при температуре воздуха до +35°С.
Понижение температуры сопровождается уменьшением количества паров воды в воздухе, поэтому суточные колебания температуры могут сопровождаться выпадением влаги на поверхности и внутри аппаратуры. Подобные явления могут произойти при попадании самолета в насыщенный влагой воздух (туман), если температура аппарата ниже температуры воздуха.
При воздействии воздуха с высоким содержанием водяных паров, особенно при повышенной температуре, влага проникает внутрь изоляционных материалов через микротрещины или благодаря явлению диффузии. Так как проводимость воды значительно выше проводимости диэлектриков, то воздействие влаги приводит к резкому уменьшению сопротивления изоляции, росту потерь в диэлектрике и изменению относительной диэлектрической проницаемости. Воздействуя на металлы, влага вызывает появление электрохимической коррозии металлов.
Аппаратуру, которая сохраняет параметры в заранее установленных пределах при работе в среде с повышенной относительной влажностью, называют влагоустойчивой.
Некоторые категории аппаратуры (полевая переносная) работают при непосредственном воздействии атмосферных осадков. Кроме того, в отдельных случаях возможна работа аппаратуры в воде.
Все категории аппаратуры, особенно устанавливаемой на подвижных объектах, работают при интенсивном воздействии пыли, что часто приводит к нарушениям работы механических устройств, уменьшению сопротивления изоляции и нарушению нормального теплового режима.
При подъеме на значительную высоту происходит уменьшение атмосферного давления. График этого изменения показан на рисунке 13.2.
Понижение давления воздуха сопровождается уменьшением его электрической прочности, что в ряде случаев может привести к пробою воздушных промежутков. Кроме того, при пониженном давлении ухудшается отвод теплоты от нагревающих тел, в результате чего их температура повышается.
Рисунок 13.7 – Зависимость атмосферного давления от высоты
Следует иметь в виду, что условия, в которых находятся радиодетали, могут отличаться от условий, в которых работает вся аппаратура. Так, из-за выделяемой в аппарате теплоты температура внутри кожуха может значительно превышать окружающую. При наличии герметизации или уплотнения кожуха влажность воздуха около деталей может быть значительно ниже влажности окружающего воздуха и т.д.
Чтобы обеспечить надежную работу аппарата, при конструировании необходимо предусмотреть специальные меры защиты.
Комплекс воздействий и значения воздействующих факторов кроме климатических условий сильно зависят от характеристик объекта, на котором установлена аппаратура, и даже от конкретного места установки. Так, факторы, действующие на аппаратуру, установленную на мачте корабля, отличаются от тех, которые действуют на аппаратуру, установленную в его радиорубке.
В настоящее время разработана классификация радиоаппаратуры в зависимости от характера объекта и места установки аппаратуры на нем, которая приводится в специальных справочниках и нормалях. Пользуясь этими документами, конструктор может определить те конкретные условия, в которых будет эксплуатироваться проектируемое изделие.
За нормальные значения факторов внешней средыпри испытаниях изделий (нормальные климатические условия испытаний) принимают следующие:
температура – плюс 25 ± 10 °С;
относительная влажность воздуха – 45 … 80 %;
атмосферное давление 84,0 … 106,7 кПа (630 … 800 мм рт. ст.).